JP2013100792A - Cogeneration device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はコージェネレーション装置に関し、より具体的には発電機と発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットを備えたコージェネレーション装置に関する。 The present invention relates to a cogeneration apparatus, and more specifically to a cogeneration apparatus including a power generation unit including a generator and an internal combustion engine that drives the generator.
近年、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に内燃機関で駆動される発電機からなる発電ユニットを接続し、商用電力系統と連系させて電気負荷に電力を供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して生成した温水などを熱負荷に供給するようにした、いわゆるコージェネレーション装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。 In recent years, a power generation unit composed of a generator driven by an internal combustion engine is connected to an AC power supply path from a commercial power system to an electrical load to supply power to the electrical load in conjunction with the commercial power system. A so-called cogeneration apparatus has been proposed in which hot water generated using exhaust heat from an engine is supplied to a heat load (see, for example, Patent Document 1).
ところで、商用電力系統に停電が発生した場合、コージェネレーション装置を非常用の電源として機能させる自立運転が開始される。特許文献1記載の技術にあっては、停電したとき、発電機と商用電力系統との電気的な接続を遮断する一方、発電機と自立運転用の出力端子とを接続し、その出力端子に電力を供給することで自立運転を行うように構成される。
By the way, when a power failure occurs in the commercial power system, a self-sustaining operation is started in which the cogeneration apparatus functions as an emergency power source. In the technique described in
上記の如く、商用電力系統の停電が検知されて自立運転に移行する場合、自立運転を確実に開始させるためには、内燃機関の停止や始動などの動作も連係して行われるのが望ましい。しかしながら、特許文献1に記載の技術は、その点に関して何ら開示するものではなかった。
As described above, when a commercial power system power failure is detected and the operation shifts to the self-sustained operation, it is desirable that operations such as stop and start of the internal combustion engine are also performed in association with each other in order to reliably start the self-sustained operation. However, the technique described in
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、商用電力系統が停電したとき、内燃機関の動作を適切に制御して自立運転を確実に開始させるようにしたコージェネレーション装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a cogeneration apparatus that solves the above-described problems and that appropriately controls the operation of the internal combustion engine to reliably start a self-sustained operation when the commercial power system fails. is there.
上記した課題を解決するために、請求項1にあっては、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と前記発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットを少なくとも備えたコージェネレーション装置において、前記商用電力系統が停電したか否か判断する停電判断手段と、前記商用電力系統が停電したと判断される場合、前記内燃機関を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、昇圧電源をバッテリに接続して前記内燃機関を始動させる内燃機関始動手段と、前記内燃機関が始動した後、前記発電機から前記電気負荷への交流電力の供給を開始する電力供給開始手段とを備える如く構成した。
In order to solve the above-mentioned problem, in
請求項2に係るコージェネレーション装置にあっては、前記発電機に接続されるインバータの出力周波数に基づいて前記インバータの出力に異常が生じたか否か判定するインバータ出力異常判定手段を備えると共に、前記停電判断手段は、前記商用電力系統の電圧が所定値以下で、かつ前記インバータの出力に異常が生じたと判定されるとき、前記商用電力系統が停電したと判断する如く構成した。 In the cogeneration apparatus according to claim 2, comprising an inverter output abnormality determining means for determining whether an abnormality has occurred in the output of the inverter based on an output frequency of the inverter connected to the generator, The power failure determination means is configured to determine that the commercial power system has failed when the voltage of the commercial power system is not more than a predetermined value and it is determined that an abnormality has occurred in the output of the inverter.
請求項3に係るコージェネレーション装置にあっては、前記インバータ出力異常判定手段は、前記インバータの出力周波数を変動させると共に、前記出力周波数の変動幅が既定値以上のとき、前記インバータの出力に異常が生じたと判定する如く構成した。 In the cogeneration apparatus according to claim 3, the inverter output abnormality determining means varies the output frequency of the inverter and, when the fluctuation range of the output frequency is equal to or larger than a predetermined value, abnormally outputs the inverter. It was constituted so that it might be judged that this occurred.
請求項4に係るコージェネレーション装置にあっては、前記内燃機関始動手段は、前記商用電力系統が停電したと判断されてから所定時間経過したとき、前記内燃機関を一旦停止させる如く構成した。 In the cogeneration apparatus according to a fourth aspect, the internal combustion engine starting means is configured to temporarily stop the internal combustion engine when a predetermined time has elapsed since it was determined that the commercial power system was out of power.
請求項5に係るコージェネレーション装置にあっては、前記電力供給開始手段は、前記内燃機関が始動して暖機運転が終了した後、前記発電機から前記電気負荷への交流電力の供給を開始する如く構成した。 In the cogeneration apparatus according to claim 5, the power supply start means starts supplying AC power from the generator to the electric load after the internal combustion engine is started and the warm-up operation is finished. It was configured as follows.
請求項1に係るコージェネレーション装置にあっては、商用電力系統が停電したか否か判断し、商用電力系統が停電したと判断される場合、内燃機関を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、昇圧電源をバッテリに接続して内燃機関を始動させると共に、内燃機関が始動した後、発電機から電気負荷への交流電力の供給を開始するように構成したので、商用電力系統に停電が生じて自立運転に移行する際、簡易な構成でありながら内燃機関の動作を適切に制御でき、よって自立運転を確実に開始させることができる。
In the cogeneration apparatus according to
請求項2に係るコージェネレーション装置にあっては、発電機に接続されるインバータの出力周波数に基づいてインバータの出力に異常が生じたか否か判定すると共に、停電判断手段は、商用電力系統の電圧が所定値以下で、かつインバータの出力に異常が生じたと判定されるとき、商用電力系統が停電したと判断するように構成、即ち、商用電力系統の電圧とインバータの出力に基づいて停電が生じたか否か判断するように構成したので、上記した効果に加え、商用電力系統の停電の発生を確実かつ正確に検知することができる。 In the cogeneration apparatus according to claim 2, it is determined whether or not an abnormality has occurred in the output of the inverter based on the output frequency of the inverter connected to the generator, and the power failure determination means is a voltage of the commercial power system. Is determined to be less than a predetermined value, and when it is determined that an abnormality has occurred in the inverter output, it is determined that the commercial power system has failed, that is, a power failure has occurred based on the voltage of the commercial power system and the output of the inverter. In addition to the effects described above, it is possible to reliably and accurately detect the occurrence of a power failure in the commercial power system.
請求項3に係るコージェネレーション装置にあっては、インバータ出力異常判定手段は、インバータの出力周波数を変動させると共に、出力周波数の変動幅が既定値以上のとき、インバータの出力に異常が生じたと判定するように構成したので、上記した効果に加え、インバータの出力の異常の有無を簡易な構成で正確に判定でき、それによって商用電力系統の停電をより一層確実に検知することができる。 In the cogeneration apparatus according to claim 3, the inverter output abnormality determination means determines that an abnormality has occurred in the output of the inverter when the output frequency of the inverter fluctuates and the fluctuation range of the output frequency is equal to or greater than a predetermined value. In addition to the effects described above, it is possible to accurately determine whether there is an abnormality in the output of the inverter with a simple configuration, and thereby more reliably detect a power failure in the commercial power system.
具体的には、発電機に接続されるインバータの出力は、商用電力系統と連系させて電気負荷に供給するとき、その出力周波数を意図的に僅かに変動させたとしても、その変動幅は商用電力系統からの電力の影響が大きいため既定値未満に抑えられることとなる。他方、商用電力系統が停電したときにインバータの出力周波数を変動させると、商用電力系統から電力の影響を受けないため変動幅が既定値以上となる。これを利用することで、簡易な構成でありながら、インバータの出力に異常が生じたか否かの判定を正確に行うことができ、それに基づいて商用電力系統の停電発生の有無を判断するため、停電をより一層確実に検知することができる。 Specifically, when the output of the inverter connected to the generator is connected to the commercial power system and supplied to the electric load, even if the output frequency is intentionally slightly changed, the fluctuation range is Since the influence of the electric power from the commercial power system is large, it will be suppressed below the predetermined value. On the other hand, if the output frequency of the inverter is changed when the commercial power system fails, the fluctuation range becomes greater than or equal to the predetermined value because the commercial power system is not affected by the power. By utilizing this, it is possible to accurately determine whether or not an abnormality has occurred in the output of the inverter while having a simple configuration, and in order to determine whether or not a power failure has occurred in the commercial power system based on that, It is possible to detect a power outage more reliably.
請求項4に係るコージェネレーション装置にあっては、内燃機関始動手段は、商用電力系統が停電したと判断されてから所定時間経過したとき、内燃機関を一旦停止させるように構成したので、上記した効果に加え、内燃機関の動作を商用電力系統の状態に応じてより適切に制御でき、よって自立運転をより一層確実に開始させることができる。 In the cogeneration apparatus according to the fourth aspect, the internal combustion engine starting means is configured to temporarily stop the internal combustion engine when a predetermined time has elapsed since it was determined that the commercial power system was out of power. In addition to the effects, the operation of the internal combustion engine can be more appropriately controlled according to the state of the commercial power system, and thus the independent operation can be started more reliably.
請求項5に係るコージェネレーション装置にあっては、電力供給開始手段は、内燃機関が始動して暖機運転が終了した後、発電機から電気負荷への交流電力の供給を開始するように構成したので、上記した効果に加え、内燃機関で駆動される発電機から安定した出力を電気負荷に供給することができる。 In the cogeneration apparatus according to claim 5, the power supply start means is configured to start supplying AC power from the generator to the electric load after the internal combustion engine is started and the warm-up operation is finished. Therefore, in addition to the above effects, a stable output can be supplied to the electric load from the generator driven by the internal combustion engine.
以下、添付図面に即してこの発明に係るコージェネレーション装置を実施するための形態について説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for implementing a cogeneration apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、この発明の実施例に係るコージェネレーション装置を模式的に示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic view schematically showing a cogeneration apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1において符号10はコージェネレーション装置を示す。コージェネレーション装置10は、商用電源(商用電力系統)12から電気負荷(例えば家庭内の照明器具など)14に至る交流電力の給電路(電力線)16に接続可能な、多極コイルからなる発電機(図1で「GEN」と示す)20、発電機20を駆動する内燃機関(図1で「ENG」と示し、以下「エンジン」という)22、バッテリ(「Batt」と示す)23、発電制御部24からなる発電ユニット26と、エンジン22に接続されてエンジン22の冷却水を排気熱と熱交換させて昇温する排気熱交換器30とを備える。
In FIG. 1, the code |
商用電源12は、単相3線からAC100/200Vで50Hz(または60Hz)の交流電力を出力する。発電ユニット26は一体化され、排気熱交換器30と共に発電ユニットケース(筐体)32の内部に収容される。具体的には、発電ユニットケース32は仕切り32aで2つの室に仕切られ、図において下の室32bに発電機20とエンジン22が重力方向において上下に配置されると共に、排気熱交換器30も配置される一方、上の室32cに発電制御部24やエンジン22のマフラ34などが収容される。即ち、発電制御部24はエンジン22から隔離され、エンジン22からの放熱を可能な限り遮断させられるようにエンジン22とは別室に収容される。
The commercial power supply 12 outputs AC power of 50 Hz (or 60 Hz) at 100/200 V AC from a single-phase three-wire. The
エンジン22は都市ガス(あるいはLPガス。以下、単に「ガス」という)を燃料とする、水冷4サイクルの単気筒OHV型の火花点火式のエンジンであり、例えば163ccの排気量を備える。図示は省略するが、発電ユニットケース32においてエンジン22のシリンダヘッドとシリンダブロックは横(水平)方向に配置され、その内部に1個のピストンが往復動自在に配置される。
The
供給された吸気とガスはミキサで混合され、生成された混合気は燃焼室に流れ、点火プラグ(図示せず)で点火されるとき燃焼してピストンを駆動し、発電ユニットケース32において縦(重力)方向にピストンに連結されるクランクシャフトを回転させる。よって生じた排気は、排気熱交換器30、排気管22aおよびマフラ34を通って発電ユニットケース32の外(庫外)に排出される。
The supplied intake air and gas are mixed by a mixer, and the generated air-fuel mixture flows into the combustion chamber and burns when ignited by a spark plug (not shown) to drive the piston. Rotate the crankshaft connected to the piston in the direction of gravity). The exhaust thus generated passes through the
発電機20は、クランクシャフトの上端に取り付けられるフライホイール(図示せず)の内側のクランクケース上に固定され、フライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を発電し、その発電量はエンジン回転数に比例する。発電機20の出力は発電制御部24に送られる。
The
図2は、図1に示す発電機20や発電制御部24などの接続関係を模式的に示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing a connection relationship between the
図2に示す如く、発電制御部24は、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット(Electronic Control Unit。以下「ECU」という)24aと、DC/DCコンバータ(昇圧電源。「DC/DC」と示す)24bと、インバータ(「INV」と示す)24cとを備える。
As shown in FIG. 2, the power
インバータ24cは、DC/DCコンバータ24bを介して発電機20の出力をAC100/200V(単相)に変換する。また、DC/DCコンバータ24bには、バッテリ23が接続され、後述する如く自立運転を開始するとき、バッテリ23の出力を昇圧する。尚、通常運転時(具体的には商用電源12が停電していないとき)の発電ユニット26の発電出力(定格出力)は1.2kW程度である。
The
インバータ24cの出力は、インバータ出力用リレー36を介して配電盤40に供給され、そこから商用電源12と連系しつつ給電路16を介して電気負荷14に送られる。インバータ出力用リレー36は、発電制御部24のECU24aによってそのオン/オフが制御され、通常運転時はオンされる。尚、インバータ24cの出力はECU24aにも入力され、ECU24aにおいてインバータ24cの出力周波数が検出される。
The output of the
配電盤40は、商用電源12と電気負荷14を結ぶ給電路16に介挿される。配電盤40は、商用電源12側から順に、メインブレーカ40aと、ATS(Automatic Transfer Switch。電源自動切替スイッチ)40bと、電気負荷用のスイッチ40cとを備える。インバータ24cから延びる電力線は、ATS40bとスイッチ40cの間の接続点40dで接続され、その電力線の途中にはコージェネレーション装置用のブレーカ40eが介挿される。
The
メインブレーカ40aとコージェネレーション装置用のブレーカ40eは、過電流が流れるときにオフされて過電流の通電を防止する。電気負荷用のスイッチ40cは、例えば後述するような商用電源12の停電に伴うエンジン22の停止時、または自立運転中のエンジン22がアイドル運転のときなどにオフされ、それ以外のとき(具体的には、通常運転時、および自立運転時の発電機20の発電出力が安定した後など)はオンされる。
The
ATS40bは、ATS接点40b1と、ATS接点40b1の動作を制御するATS制御部(図示せず)とを備える。ATS制御部は、通常運転時にATS接点40b1をオンする一方、ATS一次側電圧(即ち、商用電源12の電圧)の低下を検出するとき、接点40b1をオフして商用電源12と発電制御部24のインバータ24cとの接続を遮断する。これにより、インバータ24cから商用電力系統12への電力供給(逆潮流)が阻止される。さらにATS制御部は、ATS接点40b1がオンのとき「ATS接点オン信号」を、接点40b1をオフしてから規定時間(例えば5sec)が経過するとき、「ATS接点オフ信号」をECU24aに出力する。
The
配電盤40は、メインブレーカ40aとATS40bの間の電圧、換言すれば、商用電源12の電圧を検出する電圧センサ40fを備え、検出された電圧を示す信号を出力する。また、給電路16の途中、正確には、給電路16において配電盤40と電気負荷14の間には電流センサ42が配置され、そこを流れる電流(別言すれば、電気負荷14における電力需要)を示す信号を出力する。上記した各センサ40f,42の出力は発電制御部24のECU24aに入力される。
The
図1の説明に戻ると、発電機20は商用電源12からインバータ24cを介して通電されるとき、あるいはバッテリ23からDC/DCコンバータ24bを介して通電されるとき、エンジン22をクランキングするスタータモータとしても機能する。発電制御部24のECU24aは発電機20の機能をスタータとジェネレータの間で切り換えると共に、エンジン22などの動作を制御する。
Returning to the description of FIG. 1, when the
エンジン22と排気熱交換器30には、冷却水(不凍液)が循環させられる循環路50が接続される。循環路50は、エンジン22のシリンダブロックなどの発熱部位と排気熱交換器30を通るように形成される。従って、循環路50の内部を流れる冷却水は、発熱部位と熱交換してエンジン22を冷却させつつ昇温すると共に、排気熱交換器30も通過し、エンジン22の排気と熱交換してさらに昇温させられる。
A
循環路50においてエンジン22の冷却水出口22bの下流側には、電気ヒータ52が取り付けられる。電気ヒータ52は、例えば発電ユニット26において余剰電力が生じたときに通電されて循環路50を流れる冷却水を昇温する。尚、この明細書において「上流」「下流」とは、そこを流れる液体(流体)などの流れ方向における上流、下流を意味する。
An
コージェネレーション装置10は、発電ユニット26に加え、貯湯タンクユニット58を備える。
The
貯湯タンクユニット58は、貯湯タンク60と貯湯タンクユニット制御部62とを備える。貯湯タンクユニット58は貯湯タンクユニットケース64の内部に収容される。貯湯タンクユニットケース64は仕切り64a,64b,64cによって4つの室に仕切られる。貯湯タンク60は図1において中央の貯湯タンク室64dに周囲を断熱(保温)材60aで被覆されて収容され、内部に温水を貯留する。
The hot water
貯湯タンク60と発電ユニット26は、前記した冷却水の循環路50で接続される。即ち、循環路50はエンジン22から貯湯タンクユニット58に向けて延び、貯湯タンク側循環路60bと局部的に接近して排熱熱交換器60cを形成する。排熱熱交換器60cで循環路50を流れる冷却水は貯湯タンク側循環路60bを流れる温水(循環水)に熱を伝えて冷却する。
The hot
排熱熱交換器60cでの熱交換で昇温させられて温水となった貯湯タンク側循環路60bの水は貯湯タンク60に出入し、貯湯タンク60との間を循環するように流れる。
The water in the hot water storage tank
また、貯湯タンク60には流出路60dが設けられる。流出路60dは、例えば台所や風呂の給湯設備(図示せず)などの熱負荷66に接続される。流出路60dには、水道からの給水路60eが混合弁68を介して水温調節自在に接続される。
The hot
流出路60dの途中には、補助ボイラ70が設けられる。補助ボイラ70は、ガス供給源に接続され、温水制御部62から駆動信号が出力されるとき、ガス供給源からのガスを燃焼させて流出路60dを流れる温水を昇温する。
An
また、流出路60dには、前記した補助ボイラ70をバイパスするバイパス路60fと、バイパス路60fの上流側で分岐される分岐流出路60gが接続される。バイパス路60fと分岐流水路60gは局部的に接近して排熱熱交換器60hを形成する。
The
分岐流出路60gの下流側は例えば家庭内の床暖房設備などの熱負荷72に接続されると共に、熱負荷72は還流路60iを介して貯湯タンク60に接続される。よって分岐流出路60gを流れる温水は、熱負荷72で各部屋の冷気と熱交換させられた後、還流路60iを通って貯湯タンク60に戻る。尚、貯湯タンク60には、給水管60eが接続され、貯湯タンク60内の水量が低下したとき給水(補給)される。
The downstream side of the
このように、この実施例に係るコージェネレーション装置10において、各部屋は貯湯タンク60から供給される温水で暖房される。
Thus, in the
貯湯タンクユニット制御部(以下「貯湯制御部」という)62は仕切り64aで仕切られて隔離された隔離室64eに収容される。貯湯制御部62も発電制御部24のECU24aと同様、マイクロコンピュータからなるECU(電子制御ユニット)を備え、ECU24aと通信自在に接続される。
A hot water storage tank unit control unit (hereinafter referred to as “hot water storage control unit”) 62 is accommodated in an
図1においてTは温度センサ、Vはバルブ、Pはポンプを示し、信号線の図示は省略するが、それらは貯湯制御部62に電気的に接続される。貯湯制御部62は温度センサTの出力に基づき、バルブVとポンプPの動作を制御して上記した貯湯タンク60の温水の出入などを制御する。
In FIG. 1, T is a temperature sensor, V is a valve, P is a pump, and signal lines are not shown, but they are electrically connected to the hot water
具体的には、貯湯制御部62は、排熱ポンプ74を駆動して循環路50を流れる冷却水を排熱熱交換器60cに圧送し、貯湯タンク側循環路60bを流れる循環水と熱交換させる。
Specifically, the hot water
貯湯タンク側循環路60bを流れる循環水は循環ポンプ76で循環させられると共に、循環路50を流れる冷却水との熱交換によって加温され、温度センサ78で検出される温度が所定温度(例えば70℃)に達すると、貯湯制御部62は温度調整弁80を開閉させ、貯湯タンク60に上部から供給する。貯湯タンク60の下部からは温度が低下した水が貯湯タンク側循環路60bに放出され、よって貯湯タンク60の温水は所定温度に保持される。
The circulating water flowing through the hot water tank
貯湯制御部62は、熱負荷66への給湯温度を検出する温度センサ82の出力に基づいて混合弁68や開閉弁84を開閉させ、熱負荷66へ供給される温水の温度を調整する。
The hot water
同様に、貯湯制御部62は、熱負荷72への給湯温度を検出する温度センサ86の出力に基づき、分岐流出路60gの開閉弁90や還流路60iの開閉弁92を開閉させると共に、暖房ポンプ94の動作を制御して熱負荷72へ供給される温水の温度を調整する。さらに、貯湯制御部62は、例えば熱負荷72に供給される温水の温度が低い場合、水路切り替え弁96と補助ボイラポンプ98を作動させて補助ボイラ70で昇温させられた温水をバイパス路60fに流すようにし、排熱熱交換器60hを利用して分岐流出路60gの温水を昇温させて熱負荷72に供給する。
Similarly, the hot water
以上を前提とし、この実施例に係るコージェネレーション装置の動作、具体的には商用電源12が停電し、それから復電したときの動作を説明する。
Based on the above, the operation of the cogeneration apparatus according to this embodiment, specifically, the operation when the
図3は、発電制御部24のECU24aの動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムは、コージェネレーション装置10が起動されるとき実行される。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the
以下説明すると、先ずS(ステップ)10において、装置10の起動時に図示しないプログラムによって行われる自己診断の結果が正常であったか否か判断する。S10で否定されるときはコージェネレーション装置10に何らかの故障が発生している可能性があるため、以降の処理を実行せずに本プログラムを終了すると共に、図示しない故障判定用のフロー・チャートに進む。
In the following, first, in S (step) 10, it is determined whether or not the result of self-diagnosis performed by a program (not shown) when the
S10で肯定されるときはS12に進み、商用電源12が停電したか否か判断、即ち、商用電源12の停電が検知(検出)されたか否か判断する。
When the result in S10 is affirmative, the program proceeds to S12, in which it is determined whether or not the
図4は、その停電を検知する処理を示すフロー・チャートである。図4のプログラムは、図3のフロー・チャートの処理と平行して行われる。 FIG. 4 is a flowchart showing a process for detecting the power failure. The program of FIG. 4 is performed in parallel with the processing of the flow chart of FIG.
図4について説明すると、S100において、コージェネレーション装置10が単独運転(換言すれば、停電の発生によって商用電源12との連系運転を行っていない状態)か否か判断する。S100においては具体的に、インバータ24cの出力周波数に基づいてインバータ24cの出力に異常が生じたか否か判定し、異常が生じたと判定されるときに単独運転であると判断する。
Referring to FIG. 4, in S100, it is determined whether or not the
詳説すると、インバータ24cの出力は、商用電源12と連系させて電気負荷14に供給するとき、その出力周波数を意図的に僅かに変動させたとしても、その変動幅は商用電源12からの電力の影響が大きいため既定値未満に抑えられることとなる。他方、商用電源12が停電したときにインバータ24cの出力周波数を変動させると、商用電源12からの影響を受けないため変動幅が既定値以上となる。S100では、これを利用するようにした。即ち、S100にあっては、インバータ24cの出力周波数を微変動させると共に、入力される(検出される)インバータ24cの出力の周波数の変動幅が既定値以上のとき、停電に起因してインバータ24cの出力に異常が生じており、よってコージェネレーション装置10は単独運転であると判定する。
More specifically, when the output of the
S100で否定されるときは以降の処理をスキップする一方、肯定されるときはS102に進み、インバータ出力リレー36をオフする。
When the result in S100 is negative, the subsequent processing is skipped. When the result is affirmative, the process proceeds to S102, and the
次いでS104に進み、電圧センサ40fの出力に基づき、商用電源12の電圧のUN間またはVN間が第1所定電圧(例えば36V)以下の状態が第1所定時間(例えば100msec)以上継続しているか否か判断する。
Next, the process proceeds to S104, and based on the output of the
S104で肯定されるときはS106に進み、ATS40bからATS接点オフ信号が出力された状態が第2所定時間(例えば500msec)継続しているか否か判断、即ち、商用電源12の電圧の低下がATS40b側でも検出され、その状態が第2所定時間継続しているか否か判断する。S106またはS104で否定されるときはS104の処理に戻る一方、S106で肯定されるときはS108に進む。
When the result in S104 is affirmative, the routine proceeds to S106, where it is determined whether or not the state in which the ATS contact-off signal is output from the
S108においては、S106で肯定されてから第3所定時間(例えば5sec)経過したか否か判断する(停電カウント)。S108で否定されるときはS108の処理を繰り返す一方、肯定されるときはS110に進み、停電検知ONフラグ(初期値0)のフラグのビットを1にセットする。即ち、このフラグは、商用電源12の停電が検知(検出)されるとき、正確には商用電源12に停電が生じたと確定されるとき1にセットされる一方、それ以外のとき(具体的には商用電源12に停電が生じていないとき(例えば後述する如く商用電源12の復電を検知したとき))0にリセットされる。
In S108, it is determined whether or not a third predetermined time (for example, 5 seconds) has elapsed since the affirmative determination in S106 (power failure count). When the result in S108 is negative, the processing of S108 is repeated. When the result is affirmative, the process proceeds to S110 and the bit of the power failure detection ON flag (initial value 0) is set to 1. That is, this flag is set to 1 when a power failure of the
図3の説明に戻ると、S12で否定されるとき、即ち、前述した停電検知ONフラグのビットが0のときはS14に進み、操作者から熱要求(運転指令)がなされたか否か判断する。S14は、例えば熱負荷66において温水が使用され、貯湯タンク60の温水の温度が低下した場合などに熱要求がなされたと判断する。
Returning to the description of FIG. 3, when the result in S12 is negative, that is, when the bit of the power failure detection ON flag described above is 0, the process proceeds to S14, and it is determined whether or not a heat request (operation command) has been made by the operator. . S14 determines that a heat request has been made, for example, when hot water is used in the
S14で否定されるときはS12の処理に戻る一方、肯定されるときはS16に進み、エンジン22を始動させると共に、S18に進んでエンジン22においてアイドル運転を実行させる。次いでS20に進み、エンジン22の運転が安定するまで商用電源12との連系を阻止するため、再連系阻止時間(例えば2sec)が経過するまで待機し、S22に進んで発電機20での発電を開始する。これにより、発電ユニット26の発電電力が電気負荷14に商用電源12と連系して供給されると共に、貯湯タンクユニット58の温水が熱負荷66などに供給される。
When the result in S14 is negative, the process returns to S12. When the result is affirmative, the process proceeds to S16, and the
次いでS24に進み、前述した停電検知ONフラグのビットに基づき、商用電源12が停電したか否か再度判断する。S24で否定されるときはS26に進み、熱要求が依然としてあるか否か判定し、肯定されるときはS24の処理に戻る。
Next, the process proceeds to S24, and it is determined again whether or not the
一方、S26で否定されるときはS28に進み、発電機20での発電を停止すると共に、S30に進んでエンジン22の運転も停止してプログラムを終了する。
On the other hand, when the result in S26 is negative, the program proceeds to S28, where the power generation by the
S24で肯定されるとき、即ち、商用電源12に停電が生じたときはS32に進み、発電機20での発電を停止させると共に、S34に進んで停電が検知されてから第4所定時間(所定時間。例えば20sec)が経過したか否か判断する。S34で否定されるときはS34に戻る一方、肯定されるときはS36に進んでエンジン22を一旦停止させる。
When the result is affirmative in S24, that is, when a power failure occurs in the
次いでS38に進み、自立運転を開始するべくDC/DCコンバータ24bをバッテリ23に接続してバッテリ出力の昇圧を開始すると共に、S40に進んでその昇圧されたバッテリ出力でエンジン22をクランキングして始動させる。尚、S12で肯定されるときもS38の処理に進む。
Next, the process proceeds to S38, and the DC /
次いでS42に進み、エンジン22の暖機運転が完了したか否か判断する。S42においては、例えば予め設定される暖機運転時間が経過したときに暖機運転が完了したと判断する。S42で否定されるときはS42に戻る一方、肯定されるときはS44に進み、インバータ出力リレー36をオンして発電機20から電気負荷14への交流電力の供給を開始する。
Next, in S42, it is determined whether or not the warm-up operation of the
上記の如く、自立運転を開始する際、発電機20での発電を停止させてエンジン22も一旦停止させた後、エンジン22を再始動させて発電機20から発電電力を再び出力するように構成したのは、商用電源12との連系を確実に切り離す必要があるためであり、また発電機20の発電能力(定格出力)以上の電気負荷14が接続されている場合に過度の負担となるのを防止するためである。
As described above, when starting independent operation, the power generation in the
次いでS46に進み、停電検知ONフラグに基づき、商用電源12が復電したか否か判断、即ち、商用電源12が復旧して停電が終了したか否か判断する。
Next, in S46, based on the power failure detection ON flag, it is determined whether or not the
図5は、その復電を検知する処理を示すフロー・チャートである。図5のプログラムは、図3のフロー・チャートの処理と平行して行われる。 FIG. 5 is a flowchart showing a process for detecting the power recovery. The program in FIG. 5 is executed in parallel with the processing of the flowchart in FIG.
図5に示す如く、先ずS200において、商用電源12の電圧のUN間かつVN間が第1所定電圧に比して大きい値に設定される第2所定電圧(例えば108V)以上の状態が第5所定時間(例えば100msec)以上継続しているか、またはATS40bからATS接点オン信号が出力された状態が第6所定時間(例えば100msec)継続しているか否か判断する。
As shown in FIG. 5, first, in S200, a state in which the voltage between the UN of the
S200で否定されるときはS200の処理を繰り返す一方、肯定されるときはS202に進み、S200で肯定されてから第7所定時間(例えば2sec)経過したか否か判断する(復電カウント)。S202で否定されるときはS202に戻り、肯定されるときはS204に進んで停電検知ONフラグのビットを0にリセットしてプログラムを終了する。 When the result in S200 is negative, the process of S200 is repeated. When the result is positive, the process proceeds to S202, and it is determined whether or not a seventh predetermined time (for example, 2 seconds) has elapsed since the result of positive in S200 (recovery count). When the result in S202 is negative, the program returns to S202. When the result is positive, the program proceeds to S204, in which the power failure detection ON flag bit is reset to 0 and the program is terminated.
図3の説明に戻ると、S46で否定されるときはS44の処理を繰り返す一方、肯定されるとき、即ち、停電検知ONフラグのビットが0のときはS48に進み、発電機20での発電を停止し、S50に進んでエンジン22の運転も停止してプログラムを終了する(自立運転を終了する)。尚、商用電源12が復旧した後は、例えばS12以降の処理を実行し、熱要求などに応じて適宜に商用電源12との連系運転が実行される。
Returning to the description of FIG. 3, when the result in S46 is negative, the process of S44 is repeated, while when the result is affirmative, that is, when the power failure detection ON flag bit is 0, the process proceeds to S48. Is stopped, the program proceeds to S50 and the operation of the
図6は上記した処理の一部、具体的には商用電源12の停電から復電までのコージェネレーション装置10の動作を説明するタイム・チャートである。
FIG. 6 is a time chart for explaining a part of the above-described processing, specifically, the operation of the
図6に示す如く、時刻t1においては操作者から熱要求がなされると(S14)、エンジン22を始動させる(S16)。そして時刻t2でインバータ出力リレー36をオンして発電機20から電気負荷14への電力供給を開始する。
As shown in FIG. 6, when a heat request is made from the operator at time t1 (S14), the
時刻t3で商用電源12に停電が生じると(例えば商用電源12のUV間が第3所定電圧(例えば192V)以下で第8所定時間(例えば20msec)継続したとき)、バッテリ23からATS40bと排熱ポンプ74に電力を供給する。これにより、停電時であってもATS40bを動作可能にすることができると共に、排熱ポンプ74も駆動できるためエンジン22の冷却水温度が過度に上昇することもない。
When a power failure occurs in the
時刻t3ではさらに、インバータ24cの出力周波数に基づいてコージェネレーション装置10が単独運転であることが検知されることから、インバータ出力リレー36をオフする(S100,S102)。ATS40b側でも、商用電源12の電圧の低下が検出されるため、時刻t3直後にATS接点40b1をオフすると共に、接点40b1をオフして規定時間が経過した時刻t4において、ATS接点オフ信号を出力する。
Further, at time t3, since it is detected that the
ATS接点オフ信号が出力されてから第3所定時間経過した時刻t5では、停電検知ONフラグのビットを1にセットする、即ち、商用電源12の停電発生を確定する(S106〜S110)。停電が検知されてから第4所定時間が経過した時刻t6では、エンジン22を一旦停止させる(S34,S36)。
At time t5 when the third predetermined time has elapsed since the output of the ATS contact-off signal, the bit of the power failure detection ON flag is set to 1, that is, the occurrence of power failure of the
次いで時刻t7においてDC/DCコンバータ24bをバッテリ23に接続してバッテリ出力の昇圧を開始して(S38)、昇圧されたバッテリ電圧でエンジン22をクランキングして始動させる(S40)。尚、エンジン22が完爆した後、前記した昇圧を停止する。
Next, at time t7, the DC /
時刻t9では排熱ポンプ74の駆動電源を、バッテリ23から発電機20に切り替える。これにより、停電時にバッテリ23が消耗するのを防止することができる。次いで時刻t10でエンジン22の暖機運転が終了すると、インバータ出力リレー36をオンして発電機20から電気負荷14への交流電力の供給を開始する(S42,S44)。
At time t9, the driving power source of the exhaust heat pump 74 is switched from the
尚、自立運転時においては、エンジン22の燃料調整マップを切り替える(変更する)ようにする。図7はその燃料調整マップを示すグラフである。
Note that the fuel adjustment map of the
図7に示す如く、発電ユニット26においては、商用電源12と連系運転するとき、出力電圧を一定(定格出力)にするべく、エンジン22に供給される燃料供給量も一定(別言すれば、スロットル開度も一定)となるように、その動作が制御される。これに対し、商用電源12に停電が生じて自立運転を実行する場合、電気負荷14における電力需要を電流センサ42に基づいて検出し、検出された電力需要(図7で横軸の出力電力に相当)に応じてエンジン22の燃料供給量を調整する(換言すれば、電力需要に応じてスロットル開度を調整する)ようにする。具体的には、エンジン22の燃料供給量(換言すればスロットル開度)は、電力需要に比例、詳しくは電力需要が増えるにつれて増加するように設定される。
As shown in FIG. 7, in the
図6の説明に戻ると、時刻t11で商用電源12の電圧やATS接点信号に基づいて商用電源12の復電が検知されると(S200)、インバータ出力リレー36をオフし、第7所定時間が経過した時刻t12において、停電検知ONフラグのビットを0にリセットすると共に、エンジン22の運転を停止させる(S202,S204,S50)。
Returning to the description of FIG. 6, when power recovery of the
ATS40bにあっては、時刻t11で復電が検知されてから既定時間(例えば3sec)経過後の時刻t13においてATS接点40b1をオンする。その後時刻t14において、例えば商用電源12のUV間が第4所定電圧(例えば216V)以上で第9所定時間(例えば10sec)継続したとき、ATS40bの電源をバッテリ23から商用電源12に切り替える。
In the
上記の如く、この発明の実施例にあっては、商用電力系統(商用電源)12から電気負荷14に至る交流電力の給電路16に接続可能な発電機20と前記発電機を駆動する内燃機関(エンジン)22とからなる発電ユニット26を少なくとも備えたコージェネレーション装置10において、前記商用電力系統12が停電したか否か判断する停電判断手段と(発電制御部24のECU24a。S100〜S110)、前記商用電力系統12が停電したと判断される場合、前記内燃機関22を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、昇圧電源(DC/DCコンバータ)24bをバッテリ23に接続して前記内燃機関を始動させる内燃機関始動手段と(発電制御部24のECU24a。S24,S36〜S40)、前記内燃機関22が始動した後、前記発電機20から前記電気負荷14への交流電力の供給を開始する電力供給開始手段と(発電制御部24のECU24a。S44)を備える如く構成した。
As described above, in the embodiment of the present invention, the
これにより、商用電力系統12に停電が生じて自立運転に移行する際、簡易な構成でありながらエンジン22の動作を適切に制御でき、よって自立運転を確実に開始させることができる。
Thereby, when a power failure occurs in the
また、前記発電機20に接続されるインバータ24cの出力周波数に基づいて前記インバータ24cの出力に異常が生じたか否か判定するインバータ出力異常判定手段(発電制御部24のECU24a。S100)を備えると共に、前記停電判断手段は、前記商用電力系統の電圧が所定値(第1所定電圧)以下で、かつ前記インバータ24cの出力に異常が生じたと判定されるとき、前記商用電力系統が停電したと判断する如く構成、即ち、商用電力系統12の電圧とインバータの出力に基づいて停電が生じたか否か判断するように構成したので(S100,S104,S110)、商用電力系統12の停電の発生を確実かつ正確に検知することができる。
In addition, inverter output abnormality determining means (
また、前記インバータ出力異常判定手段は、前記インバータ24cの出力周波数を変動させると共に、前記出力周波数の変動幅が既定値以上のとき、前記インバータ24cの出力に異常が生じたと判定する如く構成したので(S100)、インバータ24cの出力の異常の有無を簡易な構成で正確に判定でき、それによって商用電力系統12の停電をより一層確実に検知することができる。
Further, the inverter output abnormality determining means is configured to vary the output frequency of the
具体的には、発電機20に接続されるインバータ24cの出力は、商用電力系統12と連系させて電気負荷14に供給するとき、その出力周波数を意図的に僅かに変動させたとしても、その変動幅は商用電力系統12からの電力の影響が大きいため既定値未満に抑えられることとなる。他方、商用電力系統12が停電したときにインバータ24cの出力周波数を変動させると、商用電力系統12から電力の影響を受けないため変動幅が既定値以上となる。これを利用することで、簡易な構成でありながら、インバータ24cの出力に異常が生じたか否かの判定を正確に行うことができ、それに基づいて商用電力系統12の停電発生の有無を判断するため、停電をより一層確実に検知することができる。
Specifically, when the output of the
また、前記内燃機関始動手段は、前記商用電力系統12が停電したと判断されてから所定時間経過したとき、前記内燃機関22を一旦停止させる如く構成したので(S34,S36)、エンジン22の動作を商用電力系統12の状態に応じてより適切に制御でき、よって自立運転をより一層確実に開始させることができる。
The internal combustion engine starting means is configured to temporarily stop the
また、前記電力供給開始手段は、前記内燃機関22が始動して暖機運転が終了した後、前記発電機20から前記電気負荷14への交流電力の供給を開始する如く構成したので(S42,S44)、エンジン22で駆動される発電機20から安定した出力を電気負荷14に供給することができる。
The power supply start means is configured to start supplying AC power from the
尚、上記において、エンジン22を都市ガス・LPガスを燃料とするガスエンジンとしたが、ガソリン燃料などを使用するエンジンであっても良い。また、各所定電圧、各所定時間、発電ユニット26の定格出力およびエンジン22の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。
In the above description, the
また、商用電源12が出力する交流電力を100/200Vとしたが、商用電源12が出力する交流電力が100/200Vを超えるときは、それに相応する電圧を発電ユニット26から出力させることはいうまでもない。
The AC power output from the
10 コージェネレーション装置、12 商用電源(商用電力系統)、14 電気負荷、16 給電路、20 発電機、22 エンジン(内燃機関)、23 バッテリ、24 発電制御部、24a ECU(電子制御ユニット)、24b DC/DCコンバータ(昇圧電源)、24c インバータ、26 発電ユニット
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